JP2004104916A

JP2004104916A - トイレ機器用の制御電源

Info

Publication number: JP2004104916A
Application number: JP2002264022A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Matsuo; 松尾　隆之
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】トイレ室内等に設置される機器に搭載した、スイッチング電源コントローラ部のなかの、スイッチング電源にて生成されたＤＣ２４Ｖ電源から、ＣＰＵ制御電圧を生成する電源ＩＣにおいて、入力電圧が高いため、電源ＩＣの入出力電圧差が大きくなり、レギュレータの部品自身の消費が非常に大きくなることを、改善する機能を提供する。
【解決手段】トイレ未使用時、ある一定時間経過後、ＣＰＵよりスイッチング電源コントロール用カプラを介して、スイッチングＩＣ内部のクランプを外し、スイッチング動作を行わないようにし、出力電圧を降下させ、電源ＩＣの入出力電圧差を小さくして、電源ＩＣ自身の消費を低減する機能を構成した。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトイレに設置される衛生洗浄装置等のトイレ機器用の制御電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トイレに設置される衛生洗浄装置等のトイレ機器において、例えば吐水ノズルを使用位置まで伸出させるノズルモータの駆動に使用されるＤＣ２４Ｖ負荷用の電源と、それらのモータなどの駆動を制御するＣＰＵ部に使用されるＤＣ５Ｖ電源を、スイッチング電源にて商用ＡＣ１００Ｖより変換し供給する。スイッチング電源は、スイッチングトランスを２タップにして各々出力をとる構成としている。（例えば、非特許文献１参照。）
【０００３】
【非特許文献１】
佐藤　守男著「スイッチング電源設計入門」日刊工業新聞社、１９９８年１１月２５日初版第一刷発行、Ｐ１７４−Ｐ１７５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、スイッチング電源部のトランスの出力を、ＤＣ２４Ｖ系とＤＣ５Ｖ系のあらかじめ２出力準備し、各々最適に使用する２タップ方式などの技術は、トランスの巻線を１出力分多く巻く必要があり、結合性とトレードオフの関係にある、リーケージインダクタンス調整などの、トランス設計を困難にするばかりでなく、巻きしろを多く必要とするため、トランス形状が大きくなり、コントローラの実装スペースを大きく占有し、コントローラ自体が大きくなるなどの問題もでてくる。
また、巻き線が増えたことで、それらを絶縁するためのテープの使用もさることながら、巻き線の厚みが増し、コアサイズのランクを上げるなどの選択を迫られるケースが増え、コスト的にも割高な傾向がある。
【０００５】
よって、コントローラの大型化あるいはコストの高さが、著しく、機器の収納設計および製造・販売上でのデメリットになるため、商品化できない結果につながっていた。
また、２タップとしないで、スイッチング電源にて生成された負荷用のＤＣ２４Ｖ電源から、市販の電源ＩＣ（三端子レギュレータ）を使用してＤＣ５Ｖをつくる方式においても、入力電圧がＤＣ２４Ｖの様に高い電圧の場合、電源ＩＣの入出力電圧差が大きくなり、レギュレータの部品自身の消費が非常に大きくなる。
特に機器が使用されていない時には、スイッチング電源部での消費エネルギーが、機器の待機電力の大きな部分を占有するため、レギュレータの部品自身での消費が大きいことが、待機電力の増加の一因となっていた。更には、レギュレータの部品自身が発生する熱を、周辺雰囲気に放出するのに用いられる放熱器の形状も、表面積の大きいものを使用せざるを得ないことになり、コントローラの実装スペースを大きく占有する問題があった。
【０００６】
従って本発明の目的は、ＣＰＵに電圧を供給する制御電源をＤＣ２４Ｖより三端子レギュレータ等の電源ＩＣで生成しながらにして、機器待機時の消費を低減させることで、現状のコントローラの形状を維持し、更には待機時の消費電力を低減することで、総合的にバランスのよいスイッチング電源を搭載した、トイレ機器の制御電源を提供することにある。
また、トイレ室内等に設置される機器について、機器の動作状態に応じて、機器の待機電力を低減させる、または制御電源生成部の電源ＩＣにおいて、従来必要とされていた大きさの放熱器の表面積を小さくすることで、コントローラ全体のスペースを小さくし、更には部品コストを削減するという効果を提供することにある。
また、トイレ室内等に設置される機器特有のセンサ及びスイッチを使用することで、待機電力を低減中の動作を解除する機能を持たすことで、使用者あるいはメンテ作業者の意思に対して素早く機器動作をおこなえることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用及び効果】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明においては、スイッチング電源により負荷電圧を生成し、負荷電圧を入力電圧として機器の動作を制御するＣＰＵへの供給電圧を生成する電源ＩＣとからなるトイレ機器用の制御電源において、負荷用電圧が電源ＩＣの最小入出力電圧差を損なわないレベルになることを監視する電源監視部を備え、トイレ機器不使用時には前記電圧監視部により、最小入出力電圧差を損なわないレベルとなるまでスイッチング電源の発振を停止させたので、トイレ機器不使用時に電源ＩＣ内部で消費される無駄な電力を最小限にすることができ省エネを図ることができる。また、電源ＩＣの放熱板はトイレ機器使用時の電源ＩＣの発熱量を考慮するだけで良いので小型のものを使用することができる。
【０００８】
請求項２記載の発明においては、請求項１に記載したトイレ機器用の制御電源において、ある一定時間以上、不使用状態が継続したときに、スイッチング電源の発振を停止させたもので、例えば連続で機器を使用されるような場合は、ＤＣ２４Ｖ電源の復帰を待つことなく、機器を使用することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明においては、請求項１に記載したトイレ機器用の制御電源において、あらかじめ設定されているあるいは使用者より設定された節電モードに連動して、制御電源生成部で無駄に消費する電力を低減したもので、例えば機器に装備されているおまかせ節電やタイマー節電に連動してスイッチング電源の発振を停止させるので、電源ＩＣ内部で消費される無駄な電力を最小限にすることができ省エネを図ることができる。
【００１０】
請求項４記載の発明においては、請求項１に記載したトイレ機器用の制御電源において、人体を検出する検出手段を備え、該人体検出手段の検出結果に基づきスイッチング電源の発振を開始あるいは停止させたので、機器に使用者が近づいてきた時は、機器に搭載している人体・着座などの人体検出手段で検出したことをトリガにして、ＣＰＵからスイッチングＩＣの動作停止信号を解除し、再びスイッチング電源を始動させることが可能となるものである。従来、このような待機電力の低減動作を解除するには、使用者が機器を使用する意思をもって、機器に近づくことなどを検出させるために、専用のセンサを搭載する方法が一般的であったが、トイレに設置される衛生洗浄装置においては、人体・着座などのセンサを、これに利用することができる。このため、新たにセンサを搭載する必要もなく、無駄な投資が省ける。また、例えば使用者がおしり洗浄を使用する際に、ＤＣ２４Ｖ電源の復帰を待つことなく、機器を使用することができる。
【００１１】
請求項５記載の発明においては、請求項１に記載したトイレ機器用の制御電源において、機器の動作スイッチの操作に基づきスイッチング電源の発振を開始あるいは停止させるので、仮に請求項４で説明した、センサの検出エリアを回避した使用者あるいはメンテナンス作業者が、機器を動作させようとした場合などでも、負荷用電源を確実にもとの電圧にすることができるため機器を使用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を、添付図面により詳細に説明する。
図１はトイレ室内等に設置される機器に搭載されるスイッチング電源回路ブロック図である。図において１は機器の動作全般を制御するＣＰＵ、２は商用ＡＣ１００Ｖを整流する整流スタック、３は整流した電圧を平滑する平滑用コンデンサ、４はエネルギーの伝搬を行うスイッチングトランス、５は二次側の降圧された電圧を整流する出力用整流ダイオード、６は生成された負荷電圧を平滑化する平滑用のコンデンサ、７は電源ＩＣで生成された主にＣＰＵへの供給電圧を安定化するＣＰＵ制御電源用コンデンサ、８はスイッチングＩＣの供給電源を整流する補助電源用ダイオード、９はスイッチングＩＣの供給電源を平滑する補助電源用コンデンサ、１０は一次エネルギーを二次側に伝搬する期間駆動するスイッチ素子、５０は商用ＡＣ１００ＶよりＤＣ電圧を生成する制御をするスイッチングＩＣ、６０は電源ＩＣへの入力電圧をドロップさせるＣＰＵ制御電圧用抵抗器、６１は生成されたＤＣ電圧よりＣＰＵ制御電圧を生成するための三端子レギュレータなどと呼ばれる電源ＩＣ、６２は三端子レギュレータにより発生する熱を放熱するための放熱器、７０はその電圧レベルを監視する回路部、７１は負荷用電圧をスイッチングＩＣへフィードバックするためのフィードバック用カプラ、７２はトイレ機器の使用状況をスイッチングＩＣへ伝達するためのスイッチング電源コントロール用カプラ、９０は負荷用電圧（ＤＣ２４Ｖ）、９１はＣＰＵ用制御電圧（ＤＣ５Ｖ）である。
【００１３】
機器が使用されていない状態が一定時間ｔａ過ぎると、ＣＰＵ１はスイッチング電源コントロール用カプラ７２を介して、スイッチングＩＣ５０が、スイッチング動作を行わないように、ＩＣ内部回路のクランプを外す。クランプを外されたスイッチングＩＣ５０は、スイッチ素子１０のゲート出力を動作させないため、スイッチ素子１０はスイッチング動作を停止する。スイッチングが行われないと、スイッチングトランス４は、平滑コンデンサ３に蓄えられたエネルギーを二次側に伝搬しなくなる。よって出力電圧は、ＤＣ電圧用のコンデンサ６に蓄えられていた電荷によって維持されるが、後段の電源ＩＣ６１のバイアス電流などにより電圧が降下し、結果電源ＩＣ６１の入力電圧が下がってくる。電圧が下がることにより、電源ＩＣ６１の内部消費が低減されることになる。
このまま上記スイッチング動作を停止し続けると、電源ＩＣ６１の入力電圧が最小入力電圧差を下回るまで下がり続けるため、出力電圧監視回路部７０で規定のレベルを検出すると、ＣＰＵ１は、スイッチングＩＣ５０内部回路のクランプを外す指令をやめるように、スイッチング電源コントロール用カプラ７２を介して制御する。以上により、電源ＩＣ６１の入力電圧は、適当な電圧を維持することができ、長時間に渡り電源ＩＣ６１の消費を低減する制御ができる。
【００１４】
図２は本発明のＣＰＵ制御電源の消費低減動作を解除する部位を示す回路構成図である。Ａは機器本体に設けられた操作スイッチ、Ｂは人体・着座センサ部、Ｃはリモコン受光部、Ｄはリモコン発光部、１０３は操作スイッチ、１０４は操作部用プルアップ抵抗、１０５は操作部用プルダウン抵抗、１０６はセンサ内部プルアップ抵抗、１０７はセンサ受光部、１０８はセンサ発光ＬＥＤ、１０９はセンサ内部コンデンサ、１１０はリモコン受光用プルアップ抵抗、１１１はリモコン受光部、１１２はリモコン発光ＬＥＤ、１１３はリモコン受光用コンデンサ、１１７はＣＳ端子部コンデンサである。
上記ＡないしＢないしＣの入力がＣＰＵ１に入力されることにより、スイッチング電源コントロール用カプラ７２を介して、スイッチングＩＣ５０内部のクランプを外すことをやめ、復帰させる。結果、負荷用電圧９０の電圧が回復することになり、負荷用電圧を用いる乾燥モータやノズルモータ等の使用に備えることができる。
【００１５】
図３は本発明のＣＰＵ制御電源の消費低減動作を始動および解除する構成を示す斜視図である。図において、５００は機器本体、５０１はリモコン、５０５は使用者あるいはメンテ作業者である。
使用者あるいはメンテ作業者５０５が機器本体５００から離れると、人体・着座センサＢが作動し、ＣＰＵ制御電源の消費低減動作を始動する。逆に機器本体に近づくと、人体・着座センサＢが作動し、ＣＰＵ制御電源の消費低減動作を解除する。また、使用者あるいはメンテ作業者５０５が、リモコン５０１を操作すると、リモコン５０１に設けられたリモコン信号発光部Ｄにより操作信号を発信し、リモコン受光部１１１が操作信号を検出し、ＣＰＵ制御電源の消費低減動作を解除する。また、使用者あるいはメンテ作業者５０５が、操作スイッチＡを操作すると、ＣＰＵ制御電源の消費低減動作を解除する。
【００１６】
図４は本発明のＣＰＵ制御電源の消費低減動作を始動および解除するタイミングを示すタイミングチャートである。タイミングチャートにおいて、トイレ使用中スイッチングトランス４で生成した負荷用電圧９０は元の電圧（ＤＣ２４Ｖ）まで復帰し、消費低減動作を解除し、本体スイッチ操作あるいはリモコン操作に対して、即時機器動作を行えるように備えている。トイレ未使用時は、ある一定時間ｔａ経過後にＣＰＵより動作停止の指令が発信され、負荷用電圧９０はｔｂ時間をかけて消費低減電圧（本実施例は７Ｖだが、三端子レギュレータの性能により６Ｖとすることも可能である。）まで降下していく。よって、タイミングチャート上の斜線部分が消費低減動作中を示している。
更に消費低減電圧まで降下したことを出力電圧監視回路部７０で検出すると消費低減動作を解除して再度スイッチング素子１０は発振し、スイッチングトランス４により負荷用電圧９０は元の電圧へ復帰する。所定時間、負荷用電圧９０がＤＣ２４Ｖであることを出力電圧監視回路部７０で検出すると、再度消費低減動作を開始する。この動作を繰り返すことでトイレ未使用時の待機電力を低減することができる。
なお、負荷用電圧（ＤＣ２４Ｖ）は乾燥装置等のファンモータやノズル駆動モータ等に利用されるが、これは使用者が居る間しか利用されない。本発明はこのことに着目してなされたもので、使用が成される可能性がある時のみＤＣ２４Ｖを生成して、使用される可能性が無い場合には三端子レギュレータが正常に動作する最低入力電圧まで落とすことで、三端子レギュレータ内部で熱として消費されるエネルギーを最小限に抑えたことにより省エネが図れるのである。
【００１７】
商用ＡＣ１００Ｖ電源よりＤＣ２４Ｖ出力をとるスイッチング電源は、主に他励フライバック方式を採用し、スイッチングコントロールＩＣ自身のオシレータで生成する周波数に同期した周波数でスイッチングする。ＩＣには外部からの信号によって、ＩＣ自身の動作を停止させる、例えばＣＳ端子（コントロールセレクト）などを機能として保有している。
このＣＳ端子に、機器のＣＰＵよりＩＣの動作停止を指令する信号を入力する回路を設ける。機器が待機状態になると、ＣＰＵからこの回路を使用して、スイッチングＩＣの動作停止信号を出力することで、スイッチング電源の動作を強制的に停止させる。停止した電源は、ＡＣ１００ＶよりＤＣ２４Ｖの生成を停止するので、ＤＣ２４Ｖの電源は整流平滑されて電解コンデンサにチャージされていた、電荷によりのみ電圧を保持する。しかし、後段のＤＣ５Ｖを生成する電源ＩＣ部がＣＰＵなどの部品に電源を供給するために必要な電流を電荷として引き出すため、電解コンデンサにチャージされていた電荷が、少なくなるにつれ電圧が降下するに至る。電圧が降下すると電源ＩＣへの入力電圧がＤＣ２４Ｖより低くなるため、電源ＩＣの最小入力電圧差が小さくなり、電源ＩＣ自身の消費が小さくなる。
この動作を継続すると、電源ＩＣ自体の動作まで停止してしまうため、適度な電圧までＤＣ２４Ｖ出力が降下したことをＣＰＵで検出し、ＣＰＵからスイッチングＩＣの動作停止信号を解除することで、再びスイッチング電源が始動し始める。この動作を繰り返すことで、全体的な電源ＩＣ部の消費を抑えることができる。
また、スイッチングＩＣの動作停止をＣＳ端子に指令する方法以外でも、例えばＩＣ自身のスイッチング周波数を、低下させるなどの機能を活用してもよい。
【００１８】
図５は本発明のＣＰＵ制御電源の消費低減動作を機器の保有する節電機能に連動させるタイミングを示すタイミングチャートである。機器本体に設けられた操作スイッチＡあるいはリモコン受光部Ｃを通じて、使用者あるいはメンテ作業者５０５より設定された節電モードに連動して、制御電源生成部で無駄に消費する電力を低減したもので、例えば機器に装備されているおまかせ節電やタイマー節電に連動してスイッチング電源の発振を停止させるので、電源ＩＣ内部で消費される無駄な電力を最小限にすることができ省エネを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トイレ室内等に設置される機器に搭載されるスイッチング電源回路ブロック図
【図２】本発明のＣＰＵ制御電源の消費低減動作を解除する部位を示す回路構成図
【図３】本発明のＣＰＵ制御電源の消費低減動作を始動および解除する構成を示す斜視図
【図４】本発明のＣＰＵ制御電源の消費低減動作を始動および解除するタイミングを示すタイミングチャート
【図５】本発明のＣＰＵ制御電源の消費低減動作を機器の保有する節電機能に連動させるタイミングを示すタイミングチャート
【符号の説明】
１…ＣＰＵ、２…整流スタック、３…平滑コンデンサ、４…スイッチングトランス、
５…出力整流用ダイオード、６…出力平滑用コンデンサ、７…ＣＰＵ制御電圧用コンデンサ、
８…補助電源用ダイオード、９…補助電源用コンデンサ、
１０…スイッチ素子、
５０…スイッチングＩＣ、
６０…ＣＰＵ制御電圧用抵抗器、６１…ＣＰＵ制御電圧用電源ＩＣ、６２…放熱器
７０…出力電圧監視回路部、７１…フィードバック用カプラ、
７２…スイッチング電源コントロール用カプラ
９０…ＤＣ２４Ｖ出力、９１…ＣＰＵ制御電圧
Ａ…機器本体操作部、Ｂ…人体・着座センサ部、Ｃ…リモコン受光部、Ｄ…リモコン発光部、
９０…ＤＣ２４Ｖ出力、６１…ＣＰＵ制御電圧用電源ＩＣ、
１０３…操作スイッチ、１０４…操作部用プルアップ抵抗、１０５…操作部用プルダウン抵抗、
１０６…センサ内部プルアップ抵抗、１０７…センサ内部受光部、１０８…センサ内部発光ＬＥＤ、１０９…センサ内部コンデンサ、
１１０…リモコン受光用プルアップ抵抗、１１１…リモコン受光用部、１１２…リモコン発光ＬＥＤ、１１３…リモコン受光用コンデンサ、
７２…スイッチング電源コントロール用カプラ、５０…スイッチングＩＣ、
１１７…ＣＳ端子部コンデンサ、
５００…機器本体、５０１…リモコン、Ｂ…人体・着座センサ部、１１１…リモコン受光部
１０３…操作スイッチ、５０５…使用者あるいはメンテ作業者
ｔａ…一定時間、ｔｂ…ＤＣ電圧復帰時間

Claims

スイッチング電源により負荷電圧を生成し、負荷電圧を入力電圧として機器の動作を制御するＣＰＵへの供給電圧を生成する電源ＩＣとからなるトイレ機器用の制御電源において、負荷用電圧が電源ＩＣの最小入出力電圧差を損なわないレベルになることを監視する電源監視部を備え、トイレ機器不使用時には前記電圧監視部により、最小入出力電圧差を損なわないレベルとなるまでスイッチング電源の発振を停止させたことを特徴とする、トイレ機器用の制御電源。
請求項１に記載したトイレ機器用の制御電源において、ある一定時間以上、不使用状態が継続したときに、スイッチング電源の発振を停止させたことを特徴とする、トイレ機器用の制御電源。
請求項１に記載したトイレ機器用の制御電源において、あらかじめ設定されているあるいは使用者より設定された節電モードに連動して、制御電源生成部で無駄に消費する電力を低減する、トイレ機器用の制御電源。
請求項１に記載したトイレ機器用の制御電源において、人体を検出する検出手段を備え、該人体検出手段の検出結果に基づき、スイッチング電源の発振を開始あるいは停止させることを特徴とする、トイレ機器用の制御電源。
請求項１に記載したトイレ機器用の制御電源において、機器の動作スイッチの操作に基づきスイッチング電源の発振を開始あるいは停止させることを特徴とする、トイレ機器用の制御電源。